INTRODUCCIÓN A LA INGENERÍA

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INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA
APUNTES DE CLASE
S. MUÑOZ J.
Clase 3. La Ingeniería en la Historia
EDAD MEDIA.Durante los ocho siglos que siguieron a la caída del Imperio Romano, Es el período
conocido como EDAD MEDIA ocurrieron pocos avances en la Ingeniería. Hubo
cierto desarrollo en cuanto a diseño estructural y desarrollo de dispositivos y
máquinas que economizaban energía e incrementaban la potencia.
Entre los siglos V y XVI, el conocimiento científico y de Ingeniería estaba reducido
a un limitado número de iniciados, especialmente en los monasterios (monjes), por
lo que las estructuras más relevantes de la Edad Media, sean las catedrales góticas
que han llegado a considerarse como de las más ligeras y osadas construcciones
con esqueleto de piedra que jamás haya intentado hacer el hombre..
Estas elevadas y elegantes estructuras, con sus vitrales, sus afilados arcos centrales
en punta y sus altos y delgados muros apoyados lateralmente por medios arcos,
manifiestan un alto un alto nivel del dominio de la estructura por parte de los
Ingenieros-Arquitectos que las diseñaron y de los maestros de obra que los
construyeron.
Esta época se caracterizó por el régimen feudal, donde enormes extensiones de
tierras eran propiedad de un solo hombre, donde el feudo era autónomo en todos
los sentidos, incluyendo la defensa militar de la tierra.
El señor feudal propició el florecimiento de una serie de artesanos que cubrían las
necesidades básicas hasta la de las armas. Las producciones eran limitadas y nadie
se preocupaba de la fabricación en masa.
Durante este período, de los grandes terratenientes que buscaban protegerse a si
mismos y cuidar sus propiedades, se construyeron enormes casas fortificadas o
CASTILLOS y FORTALEZAS.
En esta época, los ingenieros buscaron reforzar o suplir la capacidad productiva
tanto de hombres como de animales, mediante el diseño y el perfeccionamiento de
máquinas que ahorraban fuerza de trabajo.
Se desarrollaron los molinos de viento y los molinos de agua, la rueca (hilar) y el
timón giratorio para los barcos.
En está época aparece el término INGENIERO que deriva de la palabra
INGENIUM, que era una máquina de guerra usada para sitiar ciudades
(aproximadamente entre los años 1000 y 1200). Las palabras “ingenio” e
ingenioso” provienen del latín “in generare” que significa “crear”. Por lo tanto la
persona que creaba o diseñaba máquinas de guerra (arietes, catapultas, torres de
asalto, etc), vino a ser conocido como ingeniator o “ingeniero”.
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Muchos de los dispositivos, materiales y técnicas de ingeniería que se utilizaron en
un nivel más avanzado en la Edad Media, aparecieron primero en el Lejano
Oriente, principalmente en China:
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Invención de la pólvora
Desarrollo de procesos para la fabricación de papel y mejorado por
los árabes
La fundición de hierro
Manufactura de telas.
La Peste Negra que azotó a toda Europa , acabó con un tercio de la población del
continente, provocando la desaparición de los feudos y el inicio de la Burguesía , en
que sociedades de artesanos podían intercambiar libremente sus mercancías ,
atesorar riquezas, sin ser señores feudales. En este mismo período hubo un
florecimiento del desarrollo tecnológico en los árabes.
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En esta época los avances científicos y tecnológicos
Se desarrollo la metalurgia del hierro.
Los árabes desarrollaban procesos para refinar azúcar
Los árabes fabricaban el jabón y destilaban perfumes.
Los árabes trajeron del Lejano Oriente (CHINOS), los métodos para
fabricar pólvora.
Se impulsó la Ingeniería Naval y el desarrollo de accesorios de navegación
(Compases, Brújulas, Etc)
Como las fuentes de energía era la esclavitud, práctica que se fue haciendo cada
vez más inaceptable, para reemplazar esta energía se construyeron molinos de
viento, de agua, y se incrementó el uso de la fuerza motriz de animales.
LA CIENCIA ENTRE 1300 Y 1750.
A fines de la Edad Media se realizaron avances significativos en los transportes y
las comunicaciones lo que propició el auge de los descubrimientos científicos y una
difusión acelerada del conocimiento.
En el siglo XIII, los ingenieros – arquitectos italianos, inventaron la ESCLUSA
dando origen a la construcción de canales por toda Europa con el fin de facilitar el
traslado por agua. Hubo avances en la navegación y construcción de barcos,
llegándose a construir muelles y puertos para el transporte marítimo.
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JOHANN GUTENBERG, Inventó la Imprenta, desarrollando moldes móviles y se
le atribuye la impresión del primer libro, alrededor de 1450. esto tendió a la
difusión amplia del conocim iento y la información, entre ellas la ciencia y la
ingeniería.
Hacia 1500, se publican libros de topografía, hidráulica, química, minería y
metalurgia y otros temas científicos.
Durante los siglos XV, XVI y XVII el progreso de la ciencia tuvo gran impacto en
los avances tecnológicos e industriales, conocimientos que aún se perciben en la
actualidad. Algunos de estos científicos fueron:
LEONARDO DA VINCI (1452 – 1519).- Gran artista, arquitecto y científico
experimental del Renacimiento Italiano. Demostró su genio en muchas áreas. Se le
recuerda más por sus diseños conceptuales que por los trabajos prácticos de
ingeniería.
NICOLAUS COPERNICO (1473 – 1543) Astrónomo de origen alemán y polaco,
fundó la astronomía moderna con su teoría de que la Tierra es un planeta en
movimiento.
GALILEO GALILEI (1564 – 1642). Astrónomo y físico italiano; formuló el
método científico para adquirir conocimiento. Galileo hizo el primer uso práctico
del telescopio en astronomía y se le atribuye el descubrimiento de una famosa ley
de la caída de los cuerpos.
ROBERT BOYLE (1627 – 1691).- Físico y químico irlandés que estudió la
compresión y expansión del aire y de otros gases; descubrió que el volumen de un
gas a una temperatura constante varía de manera inversa a su presión.(Ley de
Boyle).
ROBERT HOOKE (1635 – 1703). Científico experimental inglés; formuló la teoría
de la elasticidad conocida como la Ley de Hooke. La ley establece que la cantidad
de deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que
actúa sobre él.
SIR ISAAC NEWTON (1642 – 1727).- Científico y matemático inglés; inventó el
cálculo, descubrió los secretos de la luz y el color, y formuló la Ley de Gravitación
Universal.
THOMAS NEWCOMEN (1663 – 1729).- Inventor i nglés. Construyó una de las
primeras máquinas de vapor funcionales, en 1712. Su máquina de vapor a presión
atmosférica fue utilizada para bombear agua de las minas británicas durante casi
75 años, antes de que fuera desplazada por la máquina de JAMES WATTS, más
eficiente.
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LA INGENIERIA ENTRE 1750 Y 1900.En este período se avanzó en la minería, las manufacturas y el transporte.
En la década de 1760, JAMES WATT, diseñó y produjo una máquina a vapor
sumamente avanzada, construyéndose, posteriormente cientos de máquinas.
Hacia 1800, 500 máquinas construidas por BOULTON y WATT, se hallaban
funcionando en Gran Bretaña, bombeando agua de las minas y haciendo funcionar
la maquinaria en las fundiciones de hierro y las fábricas de tejidos.
Hasta 1750 se había utilizado carbón vegetal par5a la fundición del mineral de
hierro. Ante la escasez de madera para fabricar carbón, para el proceso de fundido
empezó a usarse el coque, la forma mas porosa del carbón mineral.
En Gran Bretaña y EEUU, se hicieron experimentos con máquinas de vapor para
impulsar embarcaciones, y el primer barco a vapor que tuvo éxito comercial fue el
CLERMONT de Robert Fulton que apareció en Estados Unidos en 1807.
En 1823, GEORGE STEVENSON, estableció una empresa de ferrocarriles en
Newcastle y dos años después, demostró que era factible el transporte sobre vías
férreas impulsado por vapor.
De 1780 a 1900 hubo grandes progresos en el transporte, llegando, en Inglaterra, a
construirse una extensa red de canales, para el transporte fluvial. Trabajos
similares se hicieron en EEUU, en la primera mitad del siglo XIX.
Después de Stevenson, hubo un gran crecimiento de los sistemas ferroviarios. En
EEUU, aumentaron de 56000Km a fines de la Guerra Civil a 310000 Km en 1900.
Durante este período hubo avances en la tecnología de la construcción de caminos:
 Método de compactación de capas de grava
 Uso de grandes lozas de piedra unidas entre sí para formar una base
sólida
De los logros de la ingeniería durante el siglo XIX, el desarrollo de la electricidad
como fuente de energía se considera como uno de los más significativos. Tal logro
se atribuye en gran medida al esfuerzo de numerosos científicos e ingenieros
durante la segunda mitad del siglo XIX.
Sin embargo, su desarrollo se sustenta en los descubrimientos de los físicos de
principios del siglo XIX quienes definieros la naturaleza fundamental de la
electricidad: hombres como George Simon Ohm, de Alemania, Alejandro Volta, de
Italia y Charles Coulomb, de Francia
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Hechos sobresalientes en el desarrollo de la energía eléctrica:
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1827
1830
Alejandro Volta diseñó la primera pila eléctrica.
Sir Humpphrey Davy descubrió el electromagnetismo y el
arco voltaico
1831
Michael Faraday demostró el proceso de la inducción
magnética
1843
Samuel F. Morse, estableció comunicación por telégrafo entre
Norteamérica y Europa mediante cables submarinos.
1880
Thomas A, Edison, invento la lámpara incandescente
(ampolleta), de aplicación práctica y descubrió que estas
podían conectarse en paralelo, permitiendo que una o más
pudieran ser apagadas sin desconectar todo el sistema.
1882
La estación generadora de electricidad de Peral Street, de
Edison, fue puesta en operación en la ciudad de Nueva Cork.
1888
Nicola Tesla registro las patentes para un motor de inducción
y para un nuevo sistema de corriente alterna polifásico.
1888
Despues de organizar la Westinghouse Electric Company en
1886 George Westinghouse obtuvo el contrato para
proporcionar los generadores para el proyecto hidroeléctrico
del Niágara, el primer proyecto de su tipo en la historia.
A fines del siglo XIX, 500.000 teléfonos se encontraban en uso y la luz
eléctrica para casas e industrias cada vez tenían mayor demanda. Tambiel
se usaba la energía eléctrica para impulsar trenes y tranvías y para el
funcionamiento de nuevas industrias.
LA INGENIERIA DEL SIGLO XX.
En la primera década del siglo XX hubo varios desarrollos tecnológicos
significativos que influyeron decisivamente en nuestra civilización:
Inventores e ingenieros intentaban desesperadamente poder volar con un
aparato más pesado que el aire.
Se logro en 1903, cuando los hermanos Wright (Wilbur y Orville) volaron
en su aeroplano durante 1q2 segundo, una distancia de 37 metros.
Después de esto el transporte aéreo crecido hasta dominar el transporte de
largo alcance.
Hoy las aerolíneas comerciales efecto.an vuelos rutinarios a 890 Km/hora,
llegando el supersónico CONCORDE alcanzar los 2333 Km/h.
En EEUU se han construído mas de 3000 aeropuertos.
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Hacia 1900, se había diseñado una diversidad de “carruaje sin caballos” y
para 1904, se construían vehículos a motor en grandes cantidades.
HENRY FORD, contribuyó al desarrollo y popularidad de los automóviles
al introducir la “moderna fabricación en serie” y hacer que los costos por
vehículos resultasen accesibles.
Para 1980, 9 de cada 10 familias, en EEUU, disponía de un vehículo a
motor.
Se construyó un sistema de 6,1 millones de kilómetros de carreteras para
dar cabida al tráfico.
A inicios del siglo XX, tanto ingenieros como científicos introdujeron varios
avances en el tratamiento del agua potable y aguas residuales, com
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Incorporación de rápidos filtros de arena en tanques de hormigón
El cloro líquido se usó por primera vez como desinfectante de aguas
Se inició el tratamiento de lodos en tanque de contención reemplazando
así las fosas sépticas.
El éxito de estos y otros avances precursores de la ingeniería ambiental, se pone en
evidencia en los descensos de los índices de mortalidad ocasionada por tifus, de
10.000 casos en 1906 a 200, veinte años después.
El primer proyecto de construcción grandes dimensiones que se terminó en los
tiempos modernos fue el CANAL DE PANAMA, que se inauguró en 1914, con 80
KM de longitud, 3 conjuntos de esclusas, cada una con una longitud de 304 m, 33
m de ancho y 20 m de profundidad. Un barco que viaja de Nueva Cork a San
Francisco, debía viajar 20.000 Km. Este recorrido se hace ahora con 8300 Km.
Grandes construcciones en altura se realizan en este siglo XX:
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El Empire State, en Nueva Cork, con 3809 m de altura, siendo en su época
el edificio más alto del mundo
Construcción del PUENTE GEORGE WASHINGTON, con 1067 m de
largo, siendo el puente más largo en su época
La torre de SEARS con una altura de 442 m.
La represa HOOVER, terminada en 1936, con una cortina de 220 m, fue la
mas grande del mundo en su época.
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En el campo de la energía, se inicia la generación de energía eléctrica por medios
nucleares. Siendo la primera puesta en operación el año 1967 y ya en 1984, solo en
EEUU, habían 83 centrales nucleares, generando 340 mil millones de KWH.
En una planta generadora de energía nuclear, el calor es generado por fisión del
material nuclear como el uranio 235. El calor se elimina mediante un generador de
vapor; este vapor opera una turbina y un alternador genera la electricidad.
Dos son las preocupaciones de los diseñadores:
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Proporcionar las medidas de seguridad apropiadas contra las emisiones
radioactivas, y
Diseñar una estructura contenedora de protección que limite los efectos de
una explosión.
El siglo XX se ha caracterizado por tener desarrollos y cambios tecnológicos sin
iguales y este acelerado paso de descubrimientos es más evidente en el campo de la
ELECTRONICA
La transmisión primitiva de señales ha sido reemplazada por sistemas modernos
de comunicaciones con sistemas masivos de conmutación.
A partir de la invención del transistor, en 1947, los dispositivos semiconductores
han sustituido en gran medida a los tubos de vacío como amplificadores de señales
electrónicas.
El diodo transistor y semiconductor condujo a una gran reducción del tamaño de
los equipos electrónicos.
Con el advenimiento de los circuitos integrados baratos, producidos en mas sobre
diminutos chips de silicio, se han dado cambios revolucionarios en el diseño
electrónico.
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El futuro
Esta es solo una pequeña muestra del desarrollo de la ingeniería en el siglo XX,
desarrollos extraordinarios. Mirando hacia el futuro los ingenieros tendrán que
enfrentarse a una infinidad de problemas complejos de consecuencias a largo
plazo, como:
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El descubrimiento de fuentes alternativa de energía que sustituyans a las
escuálidas reservas mundiales de carbón y petróleo.
El desarrollo de formas de mantenimiento y rehabilitación de la enorme
infraestructura de obras públicas en deterioro.
Un mayor desarrollo de la tecnología de microcomputadores y extensión de
sus aplicaciones.
El desarrollo de tecnologías que logren incrementar la productividad
agrícola para hacer frente a los problemas de la creciente población
mundial y el hambre.
El diseño de estructuras más resistentes a terremotos, tormentas y otros
azotes de la naturaleza.
El desarrollo de mejores formas de disponer deshechos peligrosos,
incluyendo lo deshechos radioactivos asociados a la producción de energía
nuclear.
La exploración del espacio interplanetario y el descubrimiento de
aplicaciones a usos militares y pacíficos de la investigación espacial.
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Aparece la primera división de la Ingeniería
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Ingeniero Militar, dedicado al desarrollo y construcción de sistemas
de defensa para las ciudades y la fabricación de implementos de
guerra.
Ingeniero Civil, solucionaba los problemas relativos a la ciudad, el
diseño de caminos, puentes, edificios, sistemas de alcantarillado y
agua potable.
SIGLO XVIII Y XIX.En el siglo XVIII y XIX, hay un fuerte desarrollo de la ciencia y el método
científico.
Comienzan las innovaciones de las máquinas textiles.
En el siglo XIX, se desarrolla la refinación del Hierro y SE DESARROLLA LA
MAQUINA A VAPOR..
Lo anterior permite el impulso de la Revolución Industrial produciéndose un gran
avance de la Tecnología.
Comienza el acelerado avance de la Ciencia y de la Ingeniería.
Las universidades comienzan a impartir cursos de Ingeniería y de Ciencia,
sacando al mercado gente preparada para hacer más contribuciones que se
proyectan al siglo XX.
Comienza una estrecha colaboración entre Ciencia y e Ingeniería lo que impulsó el
desarrollo de nuevos conocimientos científicos y tecnológicos.
La aparición de especialidades en los últimos se ha debido al avance de las ciencias.
Comienza a aparecer:
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Ingeniero Mecánico
Ingeniero Electricista
Ingeniero Industrial
Ingeniero Químico
Ingeniero Electrónico
Ingeniero Nuclear
Ingeniero Bioquímico
Ingeniero de Transporte
Ingeniero Informático.
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